PT91437B - PROCESS FOR THE TREATMENT OF ORGANIC MATERIAL INTENDED FOR THE PRODUCTION OF FERTILIZERS - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIÇÃODESCRIPTION
DAGIVES
PATENTE DE INVENÇÃOINVENTION PATENT
N.° 91437No. 91437
REQUERENTE: TOM HOLDINGS LIMITED, das Ilhas do Canal, sociedade de controlo, com sede em 5 New Street, St. Helier, Jersey, Channel Islands.APPLICANT: TOM HOLDINGS LIMITED, Channel Islands, control company, headquartered at 5 New Street, St. Helier, Jersey, Channel Islands.
EPÍGRAFE:TITLE:
“PROCESSO PARA O TRATAMENTO DE MATERIAL“PROCESS FOR MATERIAL TREATMENT
ORGÂNICO DESTINADO À PRODUÇÃO DE FERTILIZANTES”ORGANIC FOR THE PRODUCTION OF FERTILIZERS ”
INVENTORESINVENTORS
Jan Abraham Du PlessisJan Abraham Du Plessis
Reivindicação do direito de prioridade ao abrigo do artigo 4.° da Convenção de Paris de 20 de Março de 1883.Claim of the right of priority under Article 4 of the Paris Convention of 20 March 1883.
República de África do Sul em 11 de Agosto de 1988, sob o N°. 88/5934.Republic of South Africa on 11 August 1988, under N °. 88/5934.
INPI. MOO. 113 B F 18732INPI. MOO. 113 B F 18732
ção de TOM HOLDINGS LIMITED, das Ilhas do Canal, sociedade de controlo, com sede em 5 New Street, St. Helier, Jersey, Channel Islands, (inventor: Jan Abraham Du Plessis, residente na República da África do Sul), para PROCESSO PARA 0 TRATAMENTO DE MATERIAL ORGÂNICO DESTINADO A PRODUÇÃO DE FERTILIZANTES .tion of TOM HOLDINGS LIMITED, Channel Islands, control company, headquartered at 5 New Street, St Helier, Jersey, Channel Islands, (inventor: Jan Abraham Du Plessis, residing in the Republic of South Africa), for PROCESS FOR THE TREATMENT OF ORGANIC MATERIAL INTENDED FOR THE PRODUCTION OF FERTILIZERS.
Descriçãodescription
A PRESENTE INVENÇÃO refere-se a um processo para o tratamento de material orgânico.THE PRESENT INVENTION relates to a process for the treatment of organic material.
De acordo com a invenção proporciona-se um processo para o tratamento de material orgânico, caracterizado por se introduzir amónia a uma substância à base de amónia num material orgânico líquido, aumentando desse modo o pH do material pelo menos para 10, para proporcionar um material orgânico intermediário;According to the invention there is provided a process for the treatment of organic material, characterized in that ammonia is introduced to an ammonia-based substance in a liquid organic material, thereby increasing the pH of the material to at least 10, to provide a material intermediate organic;
se permitir que a amónia ou a substância à base de amónia reaja com o material orgânico intermediário durante pelo menos 5 minutos; e se adicionar uma quantidade suficiente de um ácido susceptível de provocar uma reacção exotérmica com a amónia ou com a substância à base de amónia e/ou com um complexo de amónio/ intermediário formado no material orgânico, para neutralizar a amónia ou a substância à base de amónia e para aumentar a temperatura do material orgânico pelo menos para 50°C, proporcionando material orgânico tratado.if ammonia or ammonia-based substance is allowed to react with the intermediate organic material for at least 5 minutes; and if a sufficient amount of an acid capable of causing an exothermic reaction with ammonia or with the ammonia-based substance and / or with an ammonium / intermediate complex formed in the organic material is added, to neutralize the ammonia or the substance based on ammonia and to increase the temperature of the organic material to at least 50 ° C, providing treated organic material.
O material orgânico líquido pode ser constituído por uma pasta de sólidos orgânicos num líquido à base de água. EssaThe liquid organic material may consist of a paste of organic solids in a water-based liquid. That
ANA A-N-A
pasta pode ser compreendida por 2 a 50% de massa sólida, por exemplo entre 10-30% de massa sólida, tipicamente cerca de 15% de massa sólida, tomando como base a massa total da pasta em água. Essa pasta pode ser um desperdício de material fluido, por exemplo sedimentos de água residuais. Deste modo pode ser constituída por sedimentos primários activados ou digeridos, sendo o material orgânico tratado pósteriormente desactivado, esterilizado e/ou enriquecido, conforme o grau de tratamento, o modo como a temperatura aumentou, etc. O material final pode ser por isso adequado para utilização como fertilizante.paste can be comprised of 2 to 50% solid mass, for example between 10-30% solid mass, typically about 15% solid mass, based on the total mass of the paste in water. This paste can be a waste of fluid material, for example waste water sediment. In this way it can be constituted by activated or digested primary sediments, the treated organic material being subsequently deactivated, sterilized and / or enriched, according to the degree of treatment, the way the temperature has increased, etc. The final material can therefore be suitable for use as a fertilizer.
O processo pode implicar a passagem do material orgânico ao longo de um percurso, por exemplo ao longo de um reactor tubular, fazendo-se subir o valor de pH numa primeira zona desse percurso e adicionando-se o ácido a uma segunda zona do percurso, estando as zonas afastadas uma distância suficiente para permitir que a amónia ou a substância à base de amónia possam reagir com o material orgânico durante pelo menos 5 minutos antes de ocorrer a adição do ácido. Num dos aspectos da presente invenção, o referido percurso pode assumir uma forma geralmente alongada. Noutro aspecto da presente invenção pode assumir uma forma enrolada.The process may involve the passage of organic material along a path, for example along a tubular reactor, raising the pH value in a first zone of that path and adding acid to a second zone of the path, the areas being spaced apart enough to allow the ammonia or ammonia-based substance to react with the organic material for at least 5 minutes before the addition of the acid occurs. In one aspect of the present invention, said path can assume a generally elongated shape. In another aspect of the present invention it can take on a rolled shape.
É necessário aumentar o pH pelo menos para 10, uma vez que um pH elevado é parcialmente responsável pela esterilização conseguida com o processo de acordo com a presente invenção, e também porque para um valor de pH de pelo menos 10 consegue-se um tempo de reacção aceitável, isto é, evita-se um tempo de reacção excessivamente longo.It is necessary to increase the pH to at least 10, since a high pH is partly responsible for the sterilization achieved with the process according to the present invention, and also because for a pH value of at least 10 a time of acceptable reaction, that is, an excessively long reaction time is avoided.
Consequentemente, para aumentar o valor do pH do material orgânico utiliza-se amónia, por exemplo amónia gasosa ou amónia anidra, ou uma substância à base de amónia, por exemplo um sal de amónio. O inventor admite que se se utilizar sal de amónio, dever-se-á utilizar o sal de amónio que forma o intermediário NH^OH sob as condições de reacção, admitindo-se que sejam as moléculas NH^OH que reagem com o material orgânico. Também se admite que no caso de se utilizar amónia esta proporciona também a formação de NH^OH como intermediário. Por razõesConsequently, to increase the pH value of the organic material, ammonia is used, for example gaseous ammonia or anhydrous ammonia, or an ammonia-based substance, for example an ammonium salt. The inventor admits that if ammonium salt is used, the ammonium salt that forms the intermediate NH ^ OH should be used under the reaction conditions, assuming that it is the NH ^ OH molecules that react with the organic material . It is also admitted that if ammonia is used it also provides the formation of NH NHOH as an intermediate. For reasons
de facilidade de manuseamento e de rapidez de utilização prefere-se a amónia, particularmente a amónia gasosa, resultando nes se caso um valor de pH do material orgânico líquido compreendido entre 11 e 12, por exemplo cerca de 11,6. A amónia pode ser injectada no material orgânico líquido. Preferencialmente efec tua-se a injecção de amónia de tal forma que se consiga a sua mistura íntima com o material orgânico. Por exemplo, esta operação pode efectuar-se injectando-se a amónia através de uma agulheta, apresentando-se num estado turbulento o material orgânico que flui pelo percurso. Em vez disso, ou adicionamente, o método pode implicar a agitação do material orgânico à medida que se injecta a amónia, no sentido de se conseguir a mistura íntima. O inventor admite que um reactor tubular constitui uma forma particularmente adequada de reactor no caso de se utilizar amónia gasosa uma vez que é fácil pressurizá-la para propor cionar o contacto eficaz da amónia com o material orgânico, sen do a sua construção e modo de funcionamento relativamente pouco dispendiosas.for ease of handling and speed of use, ammonia is preferred, particularly gaseous ammonia, resulting in a pH value of the liquid organic material between 11 and 12, for example about 11.6. Ammonia can be injected into the liquid organic material. Preferably, ammonia is injected in such a way that it can be intimately mixed with the organic material. For example, this operation can be carried out by injecting the ammonia through a nozzle, the organic material flowing through the path being presented in a turbulent state. Instead, or in addition, the method may involve stirring the organic material as the ammonia is injected, in order to achieve the intimate mixture. The inventor admits that a tubular reactor constitutes a particularly suitable form of reactor if gaseous ammonia is used, since it is easy to pressurize it to provide effective contact between the ammonia and the organic material, and its construction and method of relatively inexpensive operation.
Tipicamente, a quantidade de amónia adicionada pode estar compreendida entre 0,2% e 20% (em massa) de amónia, toman do como base a massa total do material orgânico líquido ou da pasta. Consequentemente é importante que todo o material orgânico seja tratado com a amónia uma vez que pelo menos uma parte da esterilização conseguida com este processo é devida à amo niação do material orgânico.Typically, the amount of ammonia added can be comprised between 0.2% and 20% (by mass) of ammonia, based on the total mass of the liquid organic material or paste. Consequently, it is important that all organic material is treated with ammonia since at least part of the sterilization achieved with this process is due to the combination of the organic material.
Deixa-se o material orgânico reagir com a amónia durante 5 a 20 minutos, por exemplo, cerca de 10 minutos, antes de se efectar a adição de ácido.The organic material is allowed to react with ammonia for 5 to 20 minutes, for example, about 10 minutes, before adding acid.
ácido pode ser um ácido inorgânico. O ácido inorgânico pode ser ácido fosfórico/ou ácido nítrico, cuja utilização origina também nutrientes, isto é, fósforo ou azoto, ao serem adicionados ao material orgânico. A introdução do ácido que se pode fazer também por um processo de injecção, executa-se preferencialmente de tal modo que se consiga a sua mistura íntima com o material orgânico. Também se pode efectuar injectando o ácido através de uma agulheta e/ou agitando o material orgânico enquanto decorre o processo de adição.acid can be an inorganic acid. The inorganic acid can be phosphoric acid / or nitric acid, the use of which also originates nutrients, that is, phosphorus or nitrogen, when added to the organic material. The introduction of the acid, which can also be done by an injection process, is preferably carried out in such a way that its intimate mixing with the organic material is achieved. It can also be done by injecting the acid with a nozzle and / or stirring the organic material while the addition process is taking place.
ácido pode encontrar-se na forma de uma solução diluída, por exemplo, uma solução 21% P (em massa).The acid may be in the form of a diluted solution, for example, a 21% P (mass) solution.
Portanto, injecta-se uma quantidade suficiente de áci do para neutralizar a amónia e para conferir à pasta resultante uma temperatura superior a 50°C. Depois, se necessário, pode-se aumentar a temperatura dessa pasta introduzindo mais amónia de tal modo que é então necessário mais ácido para reagir exotermicamente com a amónia no sentido de a neutralizar, originan do uma temperatura superior para a pasta, mas é conveniente que a temperatura dessa pasta não exceda os 130°C, para valores de pressão compreendidos entre 1-3 bar (g) (10^-3xl0^Pa), uma vez que isto originará a libertação de gás ou a formação de vapor.Therefore, a sufficient amount of acid is injected to neutralize the ammonia and to give the resulting paste a temperature above 50 ° C. Then, if necessary, the temperature of that paste can be increased by introducing more ammonia such that more acid is then required to react exothermically with the ammonia in order to neutralize it, resulting in a higher temperature for the paste, but it is convenient that the temperature of that paste does not exceed 130 ° C, for pressure values between 1-3 bar (g) (10 ^ -3x10 × Pa), as this will cause gas to release or steam to form.
A proporção em massa entre a amónia e a solução ácida (21% P) pode estar compreendida no intervalo entre 15:100 e 25:100, tipicamente cerca de 20:100. Todavia, se desejado, a proporção amónia/ácido pode variar consoante a utilização final pretendida para o material tratado, por exemplo, obtenção de um produto final esterilizado, pasteurizado, enriquecido e/ou desinfectado, dependendo também do grau de tratamento que se pretende para esse produto, por exemplo, o grau de enriquecimento.The mass ratio between the ammonia and the acid solution (21% P) can be in the range between 15: 100 and 25: 100, typically about 20: 100. However, if desired, the ammonia / acid ratio can vary depending on the intended end use for the treated material, for example, obtaining a sterilized, pasteurized, enriched and / or disinfected end product, also depending on the degree of treatment intended for that product, for example, the degree of enrichment.
processo pode implicar também a secagem, por exemplo a evaporação da pasta e/ou a adição de pelo menos outro adi tivo, por exemplo um nitrato, dependendo da utilização final pretendida para o material tratado.The process may also involve drying, for example the evaporation of the paste and / or the addition of at least one other additive, for example a nitrate, depending on the intended end use for the treated material.
Num dos aspectos da presente invenção, o processo pode ser contínuo. Noutro aspecto da presente invenção, o proces so pode ser por lotes.In one aspect of the present invention, the process can be continuous. In another aspect of the present invention, the process can be batched.
Seguidamente descrever-se-á a invenção através de um exemplo, tomando como referência os desenhos anexos. Relativamente aos desenhos temos:The invention will now be described by way of example, with reference to the accompanying drawings. Regarding the drawings we have:
A FIGURA 1 representa um fluxograma simplificado de um processo para o tratamento de material orgânico, de acordo com a presente invenção.FIGURE 1 represents a simplified flow chart of a process for the treatment of organic material, according to the present invention.
A FIGURA 2 representa uma secção longitudinal de parte de um reactor tubular para utilização no processo da figuraFIGURE 2 represents a longitudinal section of part of a tubular reactor for use in the process of figure
1; e1; and
A FIGURA 3 mostra em diagrama uma secção longitudinal de outro reactor tubular para utilização no processo da FiguraFIGURE 3 diagrammatically shows a longitudinal section of another tubular reactor for use in the process of Figure
1.1.
Nos desenhos anexos o número 10 de referência significa genericamente um processo contínuo para o tratamento de sedimentos e água residuais, de acordo com a presente invenção.In the attached drawings the reference number 10 generally means a continuous process for the treatment of sediments and waste water, in accordance with the present invention.
O processo implica um compartimento 12 de espessamento inicial, ao qual chega a conduta 14. O compartimento de espessamento pode conter meios convencionais de espessamento, por exemplo, meios mecânicos de espessamento, tais como equipamento de centrifugação ou meios de decantação. O compartimento 12 de espessamento apenas é necessário se os resíduos que ali chegam necessitarem realmente de espessamento e, se desejado, pode também ser omitido. Tipicamente, as águas residuais não tratadas podem possuir uma concentração em sólidos variável entre 0,01-5%, tipicamente entre 3-5% em massa, fazendo-se depois o espessamento no compartimento 12 para se conseguir um teror em sólidos de aproximadamente 15% em massa.The process involves an initial thickening compartment 12, to which conduit 14 arrives. The thickening compartment may contain conventional thickening means, for example, mechanical thickening means, such as centrifugation equipment or decanting means. The thickening compartment 12 is only necessary if the waste that arrives there really needs thickening and, if desired, can also be omitted. Typically, untreated wastewater can have a solids concentration varying between 0.01-5%, typically between 3-5% by mass, then thickening in compartment 12 to achieve a solids content of approximately 15 % in large scale.
A pasta espessa passa conduta 16 dotada com uma bomba 18, para um reactor tubular 20 ou 60, a uma temperatura próxima da temperatura ambiente, ou à temperatura de saída do compartimento 12, isto é, a corrente não é aquecida antes de entrar no reactor tubular. De um modo geral o reactor tubular pode assumir uma forma alongada ou enrolada, funcionando a uma pres5 5 sao compreendida entre 1-3 bar (g) (10 -3x10 Pa). O reactor tubular está dimensionado de modo que os resíduos fluam através dele por um processo turbulento. Deste modo as dimensões do reactor tubular são determinadas por simples tentativas e experimentação, até se conseguir um grau de tratamento desejado para um débito particular de resíduos. Admite-se que a velocidade através do reactor não deva exceder 1 m/segundo para se manter o fluxo turbulento necessário para proporcionar uma boa mistura e uma boa permuta de calor, conforme adiante descrito com maior pormenor tomando como referência o reactor 60. Por razões idênticas é preferível que o diâmetro do tubo que constitui o reactor tubular não exceda 15 cm.The thick paste passes conduit 16 provided with a pump 18, to a tubular reactor 20 or 60, at a temperature close to room temperature, or at the outlet temperature of compartment 12, that is, the current is not heated before entering the reactor tubular. In general, the tubular reactor can take on an elongated or rolled shape, operating at a pressure of between 5 bar (g) (10-3x10 Pa). The tubular reactor is sized so that the waste flows through it by a turbulent process. In this way the dimensions of the tubular reactor are determined by simple attempts and experimentation, until a desired degree of treatment is achieved for a particular flow of waste. It is assumed that the velocity through the reactor should not exceed 1 m / second to maintain the turbulent flow necessary to provide a good mixture and a good heat exchange, as described in more detail below with reference to reactor 60. For reasons identical, it is preferable that the diameter of the tube constituting the tubular reactor does not exceed 15 cm.
Tomando como referência particular a Figura 2, o reactor tubular 20 define o percurso de circulação 24 ao longo do qual fluem os sedimentos das água residuais 26 na direcçâo da seta 28. Numa primeira zona 30 do percurso de circulação 24, injecta-se amónia gasosa na pasta 26 através de uma agulheta 34 adaptada à conduta 32 ligada à origem ou à fonte de amónia sob pressão (não representada). A amónia não é aquecida antes de ser injectada na pasta, com a excessão do calor necessário para gasificar a amónia líquida quando esta é fornecida no estado líquido, . Isto pode ser conseguido fazendo passar uma corrente de ar sobre uma serpentina através da qual passa amónia. A agulheta 34 está concebida de tal modo que proporciona a mistura íntima da amónia com a pasta. Se desejado, é possível adaptar ao reactor tubular na proximidade da zona 30 um dispositivo que propicie agitação adicional, por exemplo, um dispositivo de agitação mecânica (não representado). Na zona 30 adiciona-se amónia suficiente para elevar o valor do pH da pasta intermédia formada nessa zona, pelo menos para 10 e tipicamente para cerca de 11,6. Desenvolvem-se também algumas reacções exotérmicas entre a amónia e os constituintes da pasta de modo que há também alguma libertação de calor que aquece a pasta nessa zona 30. Além disso, é possível aquecer a pasta utilizando o calor da reacção adiante descrita, tomando como referência o reactor 60. Todavia não há aquecimento externo na zona 30, sendo o grau de aquecimento tal que normalmente a temperatura da pasta fica compreendida entre 5 e 60°C, por exemplo, cerca de 40°C.Taking Figure 2 as a particular reference, the tubular reactor 20 defines the circulation path 24 along which the sediment from the waste water 26 flows in the direction of the arrow 28. In a first zone 30 of the circulation path 24, gaseous ammonia is injected in paste 26 through a nozzle 34 adapted to the duct 32 connected to the source or source of ammonia under pressure (not shown). The ammonia is not heated before being injected into the paste, with the exception of the heat required to gasify the liquid ammonia when it is supplied in a liquid state,. This can be achieved by passing a current of air over a coil through which ammonia passes. The nozzle 34 is designed in such a way that it provides the intimate mixture of the ammonia with the paste. If desired, it is possible to adapt to the tubular reactor in the vicinity of zone 30 a device that provides additional agitation, for example, a mechanical agitation device (not shown). In zone 30 enough ammonia is added to raise the pH value of the intermediate paste formed in that zone, at least to 10 and typically to about 11.6. There are also some exothermic reactions between the ammonia and the constituents of the paste so that there is also some heat release that heats the paste in that area 30. In addition, it is possible to heat the paste using the heat of the reaction described below, taking as reference to reactor 60. However, there is no external heating in zone 30, the degree of heating being such that the temperature of the paste is normally between 5 and 60 ° C, for example, about 40 ° C.
Existe outra zona 40 localizada a jusante da zona 30 de modo que a amónia possa reagir com o material orgânico durante cerca de 10 minutos antes de penetrar a zona 40. Normalmente permite-se que a amónia reaja com o material orgânico na zona compreendida entre as zonas 30 e 40 sem adição de quaisquer outros reagentes. Todavia, se desejado, pode-se adicionar entre as zonas 30 e 40 um aditivo tal como um agente esterilizador, por exemplo o peróxido de hidrogénio ou o azono.There is another zone 40 located downstream of zone 30 so that the ammonia can react with the organic material for about 10 minutes before penetrating zone 40. Ammonia is normally allowed to react with the organic material in the zone between the zones 30 and 40 without adding any other reagents. However, if desired, an additive such as a sterilizing agent, for example hydrogen peroxide or azone, can be added between zones 30 and 40.
Na zona 40 injecta-se ácido fosfórico na pasta intermédia através de uma agulheta 38 adaptada à conduta 36 ligada a origem ou à fonte de ácido fosfórico. O ácido fosfórico podeIn zone 40, phosphoric acid is injected into the intermediate paste through a nozzle 38 adapted to the conduit 36 connected to the source or source of phosphoric acid. Phosphoric acid can
- 6 encontrar-se numa forma concentrada ou diluída, por exemplo, uma solução diluída de ácido fosfórico contendo cerca de 21% P (em massa). Do mesmo modo, a agulheta 38 é tal que proporciona uma mistura íntima do ácido fosfórico com a pasta. Se desejado pode efectuar-se a agitação por meio de um dispositivo de agitação mecânica (representado) na vizinhança da zona 40.- 6 be in a concentrated or diluted form, for example, a diluted solution of phosphoric acid containing about 21% P (by weight). Likewise, the nozzle 38 is such that it provides an intimate mixture of the phosphoric acid with the paste. If desired, stirring can be carried out by means of a mechanical stirring device (shown) in the vicinity of zone 40.
Na zona 40 adiciona-se uma quantidade de ácido suficiente para neutralizar a amónia da pasta, de modo que o pH da pasta tratada que sai da zona 40 esteja próximo de 7. Na zona 40 ocorre uma reacção exotérmica entre a amónia e o ácido, originando o aquecimento dos sedimentos. Não é necessário qualquer aquecimento exterior dos sedimentos. A pasta deve ser aquecida a uma temperatura compreendida entre 65-70°C. Portanto, se a temperatura for muito baixa, pode introduzir-se mais amónia na zona 30, de modo a que seja necessário adicionar mais ácido na zona 40, conduzindo a um acréscimo da temperatura da pasta tratada .In zone 40 an amount of acid sufficient to neutralize the ammonia in the pulp is added, so that the pH of the treated pulp leaving zone 40 is close to 7. In zone 40, an exothermic reaction occurs between the ammonia and the acid, causing the sediment to heat up. No external heating of the sediments is necessary. The paste must be heated to a temperature between 65-70 ° C. Therefore, if the temperature is too low, more ammonia can be introduced in zone 30, so that it is necessary to add more acid in zone 40, leading to an increase in the temperature of the treated paste.
Com particular referência à figura 3, o reactor tubular 60, incorpora duas extensões paralelas de tubo ou de conduta 62 e 64.With particular reference to figure 3, the tubular reactor 60 incorporates two parallel tube or conduit extensions 62 and 64.
Uma das extremidades do tubo 62 é fechada por uma antepara ou por uma cobertura 66, sendo a outra extremidade fechada por uma antepara ou cobertura 68. Um feixe tubular 70 estende-se pelo tubo 62 de modo que a parte interior da antepara 66 está em comunicação com a parte interior da antepara 68 pelo interior dos tubos do feixe tubular. A conduta 44 sai da antepara 66 ao passo que a conduta 16 entra no tubo 62 próximo da sua extremidade à qual está ajustada a antepara 66.One end of tube 62 is closed by a bulkhead or cover 66, the other end being closed by a bulkhead or cover 68. A tubular bundle 70 extends through tube 62 so that the inside of bulkhead 66 is in communication with the inner part of the bulkhead 68 through the tubes of the tube bundle. The conduit 44 exits the bulkhead 66 while the conduit 16 enters the tube 62 near its end to which the bulkhead 66 is fitted.
Uma extremidade de tubo 64 está vedada por uma antepara ou cobertura 72, ao passo que a outra extremidade está vedada com uma antepara ou cobertura 74. 0 feixe tubular 76 estende-se através do tubo 64 de modo que a parte interior da antepara 72 está em comunicação com a parte interior da antepara 74 através dos tubos do feixe tubular.One end of tube 64 is sealed by a bulkhead or cover 72, while the other end is sealed with a bulkhead or cover 74. The tubular bundle 76 extends through tube 64 so that the inside of bulkhead 72 is in communication with the inner part of the bulkhead 74 through the tubular beam tubes.
Uma conduta 78 faz a interligação de um par de extremidades dos tubos 62 e 64, permitindo a conduta 32 de injecçãoA conduit 78 interconnects a pair of ends of tubes 62 and 64, allowing the injection conduit 32
de amónia a sua entrada na conduta 78.ammonia to enter the pipeline 78.
Uma conduta 80 da outra extremidade do tubo 64 sai uma conduta 80, penetrando nessa conduta 80 a conduta 36 de injecção de ácido. A conduta 80 penetra na antepara 72. A conduta 82 faz a interligação das anteparas 74 e 68.A conduit 80 from the other end of the tube 64 exits a conduit 80, the conduit 36 for injection of acid penetrating in this conduit 80. Duct 80 penetrates bulkhead 72. Duct 82 interconnects bulkheads 74 and 68.
Deste modo, os sedimentos de água residuais penetram numa extremidade do tubo 62 através da conduta 16, tipicamente a uma temperatura próxima de 15°C. Faz-se o aquecimento dos sedimentos do tubo 62, por permuta de calor em contra-corrente com o material que passa pelos tubos do feixe tubular 70. Os sedimentos aquecidos, tipicamente a uma temperatura próxima de 20°C, penetram na conduta 78. A conduta 78, na qual se injecta a amónia sobre os sedimentos, constitui portanto a zona 30. No ponto em que os sedimentos penetram no tubo 64, encontram-se tipicamente a uma temperatura entre 50-60°C, sendo o acréscimo de temperatura devido às reacçoes exotérmicas da amónia com o material orgânico dos sedimentos. Os sedimentos ainda aquecem mais ao passarem pelo tubo 64, por permuta de calor em contra-corrente com o material que passa pelos tubos do feixe tubular 76. Estes sedimentos possuem um valor de pH elevado, próximo de 11,6.In this way, waste water sediments penetrate one end of tube 62 through conduit 16, typically at a temperature in the region of 15 ° C. The sediment of the tube 62 is heated by counter-current heat exchange with the material that passes through the tubes of the tube bundle 70. The heated sediments, typically at a temperature close to 20 ° C, penetrate the conduit 78. Duct 78, in which ammonia is injected into the sediments, therefore constitutes zone 30. At the point where the sediments penetrate the tube 64, they are typically at a temperature between 50-60 ° C, with an increase in temperature due to the exothermic reactions of ammonia with the organic material of the sediments. The sediments heat up even more when they pass through tube 64, due to counter-current heat exchange with the material that passes through the tubes in the tube bundle 76. These sediments have a high pH value, close to 11.6.
Os sedimentos saem do tubo 64 pela conduta 80 injectan do-se-lhe ácido fosfórico 21% P atrávés da conduta 36. Em consequência a conduta 80 constitui a zona 40. A temperatura dos sedimentos aumenta até 65-70°C na conduta 80 ao mesmo tempo que o seu pH diminui para um valor próximo de 7.The sediments leave the tube 64 through the conduit 80 by injecting phosphoric acid 21% P through the conduit 36. Consequently, conduit 80 constitutes zone 40. The temperature of the sediments increases up to 65-70 ° C in conduit 80 at the while its pH decreases to a value close to 7.
Os sedimentos neutralizados passam através do fecho tubular 76 para o interior da zona próxima da antepara 74, atravessam a conduta 82 para a zona próxima da antepara 68, atravessam o feixe tubular 70 para a zona próxima da antepara 66, saindo depois pela conduta 44. Simultaneamente vai aquecendo os sedimentos de água residuais que passam através do reactor, ao mesmo tempo que vão arrefecendo, tipicamente para uma temperatura próxima de 40°C. Deste modo, o calor gerado pelas reacçoes exotérmicas que ocorrem é utilizado para aquecer os sedimentos que entram no sistema.The neutralized sediments pass through the tubular closure 76 into the area close to the bulkhead 74, through the conduit 82 to the area close to the bulkhead 68, through the tubular bundle 70 to the area close to the bulkhead 66, and then out through the conduit 44. Simultaneously, the residual water sediments that pass through the reactor are heated, while cooling, typically to a temperature close to 40 ° C. In this way, the heat generated by the exothermic reactions that occur is used to heat the sediments that enter the system.
processo pode ser controlado através da observação da temperatura da pasta que sai da zona 40. Porém, em vez disso, é possível controlar esse processo de qualquer outra forma adequada. Em vez de ácido fosfórico pode-se utilizar ácido nítrico .The process can be controlled by observing the temperature of the paste leaving zone 40. However, instead, it is possible to control this process in any other appropriate way. Instead of phosphoric acid, nitric acid can be used.
O inventor admite que o ácido, ao neutralizar a amónia sirva para evitar que se evapore o azoto fornecido pela amónia. A amónia proporciona essencialmente esterilização, pasteurização, e desinfecção e também um certo enriquecimento.The inventor admits that the acid, by neutralizing the ammonia, serves to prevent the nitrogen supplied by the ammonia from evaporating. Ammonia essentially provides sterilization, pasteurization, and disinfection and also some enrichment.
Tipicamente, na zona 30 adiciona-se uma quantidade de amónia compreendida entre 0,2 e 20% em massa, tomando como base a massa de pasta bruta, sendo aproximadamente 100:19 a proporção em massa entre a solução ácida 21% P e a amónia. Isto representa menos do que a quantidade estequiométrica de solução ácida 21 P necessária para reagir com a amónia (aproximadamente 100:8), uma vez que a amónia, conforme anteriormente referido reage com o próprio material orgânico.Typically, in zone 30 an amount of ammonia comprised between 0.2 and 20% by weight is added, based on the mass of crude paste, with approximately 100: 19 being the weight ratio between the 21% P acid solution and the ammonia. This represents less than the stoichiometric amount of 21 P acid solution needed to react with ammonia (approximately 100: 8), since ammonia, as mentioned above, reacts with the organic material itself.
A pasta tratada resultante será esterilizada, pasteurizada, desinfectada e enriquecida, sendo o desejado grau dessa esterilização, pasteurização, desinfecção e enriquecimento controlado através da variação da temperatura da pasta que sai da zona 40, conforme anteriormente descrito.The resulting treated paste will be sterilized, pasteurized, disinfected and enriched, with the desired degree of sterilization, pasteurization, disinfection and enrichment being controlled by varying the temperature of the paste leaving zone 40, as previously described.
O inventor admite também que a pasta tratada seja adequada para utilização como fertilizante pelo que, se desejado, pode depois secar-se, por exemplo, por evaporação (não ilustrado). Todavia, também se pode utilizar a pasta tratada como fertilizante líquido podendo portanto passar directamente para um recipiente de armazenamento 42, através da conduta 44.The inventor also admits that the treated pulp is suitable for use as a fertilizer so that, if desired, it can then be dried, for example, by evaporation (not shown). However, the treated pulp can also be used as a liquid fertilizer and can therefore be passed directly to a storage container 42, via conduit 44.
Se desejado pode adicionar-se à pasta outro nutriente, por exemplo um nitrato, antes ou após a secagem. Além disso, os sedimentos podem ser misturados com uma substância absorvente tal como a vermiculite, num compartimento de secagem 46 (indicado por uma linha a traço interrompido na Figura 1) onde se obtem material seco, antes da passagem para o compartimento 48 através da conduta 50.If desired, another nutrient, for example a nitrate, can be added to the paste before or after drying. In addition, the sediments can be mixed with an absorbent substance such as vermiculite, in a drying compartment 46 (indicated by a broken line in Figure 1) where dry material is obtained, before being passed to compartment 48 through the conduit 50.
O inventor admite que o processo da presente invençãoThe inventor admits that the process of the present invention
proporcionará, entre outras, as vantagens seguintes:provide, among others, the following advantages:
enriquecimento ou acréscimo do valor nutriente, isto é, P e/ou N, do material orgânico, o qual pode consequentemente, conforme anteriormente referido, ser utilizado como fertilizante ;enrichment or addition of nutrient value, that is, P and / or N, of the organic material, which can consequently, as previously mentioned, be used as a fertilizer;
o material é esterilizado;the material is sterilized;
o material é desactivado, por exemplo, apresenta-se virtualmente inodoro, mesmo quando utilizado como fertilizante; pode tratar uma diversidade de sedimentos, por exemplo sedimentos de água residuais primários, activados ou digeridos ;the material is deactivated, for example, it is virtually odorless, even when used as a fertilizer; it can treat a variety of sediments, for example primary, activated or digested wastewater sediments;
- o processo implica menor investimento em capital do que os processos conhecidos para tratamento de sedimentos de água residuais, por exemplo, não é necessário que exista uma fase digestora;- the process involves less capital investment than the known processes for treating wastewater sediments, for example, there is no need for a digestive phase;
o processo implica um funcionamento menos dispendioso do que os processos conhecidos, por exemplo, não há custos de funcionamento normalmente associados ao funcionamento de um digestor, o B.O.D. é diminuído, e os sedimentos são convertidos directamente em fertilizante líquido;the process implies less expensive operation than known processes, for example, there are no operating costs normally associated with the operation of a digester, the B.O.D. it is reduced, and the sediments are converted directly into liquid fertilizer;
- o processo proporciona meios relativamente poucos dispendiosos mas eficazes para enriquecer sedimentos de água residuais ;- the process provides relatively inexpensive but effective means of enriching wastewater sediments;
uma vez que os sedimentos resultantes possuem elevados valores de P e/ou N, ao serem utilizados como fertilizantes podem ser aplicados com proporções de aplicação por hectare muito menores (para se obter o mesmo grau de fertilização) do que com produtos de baixos valores de P e/ou N obtidos por processos conhecidos, originando que os elementos tóxicos potenciais, por exemplo metais pesados, que se encontram nos sedimentos, sejam aplicados em proporções muito menores do que com os produtos obtidos por processos convencionais , de tal forma que levará muito mais tempo a formar-se a deposição das quantidades máximas permitidas desses elementos;since the resulting sediments have high values of P and / or N, when used as fertilizers they can be applied with much lower application rates per hectare (to obtain the same degree of fertilization) than with products with low values of P and / or N obtained by known processes, causing potential toxic elements, for example heavy metals, found in sediments, to be applied in much smaller proportions than with products obtained by conventional processes, in such a way that it will take much more time to form the deposition of the maximum permitted amounts of these elements;
- N e/ou P são adicionados quimicamente, isto é, proporcionados numa forma de libertação rápida quando o produto resul- 10 ti jf- · —tr-mrç—- N and / or P are added chemically, that is, they are provided in a quick release form when the product results.
tante for utilizado como fertilizante, de tal modo que esse produto pode ser aplicado em proporções de aplicação menores do que no caso de produtos que possuam apenas N e/ou P de origem orgânica.amount is used as a fertilizer, in such a way that this product can be applied in smaller application proportions than in the case of products that have only N and / or P of organic origin.
efeito do tratamento de sedimentos de águas residuais de acordo com o processo da presente invenção pode ser observado no Quadro 1, tendo sido utilizado para as Amostras A e B a mesma matéria prima inicial à base de sedimentos de água residuais. No caso da Amostra A os sedimentos foram tratados de acordo com o processo da presente invenção, procedeu-se à sua secagem e análise, ao passo que no caso da Amostra B os sedimentos apenas foram secos e analisados sem qualquer tratamento (todas as percentagens estão calculadas tomando por base a massa):The effect of treating wastewater sediments according to the process of the present invention can be seen in Table 1, with the same initial raw material based on wastewater sediments being used for Samples A and B. In the case of Sample A, the sediments were treated according to the process of the present invention, they were dried and analyzed, whereas in the case of Sample B, the sediments were only dried and analyzed without any treatment (all percentages are calculated based on mass):
Quadro 1Table 1
A BA B
Estes resultados indicam o grau de enriquecimento que é possível obter com o processo da presente invenção e também oThese results indicate the degree of enrichment that can be obtained with the process of the present invention and also the
grau de 'diluição' que é possível obter relativamente aos elementos tóxicos potenciais tais como o ferro, cobre e zinco.degree of 'dilution' that can be achieved with respect to potential toxic elements such as iron, copper and zinc.
Também foi determinado o grau de esterilização que se obtem com o processo da presente invenção. Efectuou-se esta determinação tomando amostras dos sedimentos de águas residuais tratados e não tratados e testando-os para verificação dos ovos dos nematóides intestinais Ascaris lumbricoides que são estremamente duradouros e resistentes. Se estes ovos estiverem presentes nos sedimentos das águas residuais e forem extreminados pelo processo do tratamento, conclui-se que outros agentes patogénicos humanos que sejam menos resistentes e que também possam estar presentes, tais como parasitas, virus e bactérias serão também inactivados. Deste modo pode considerar-se os Ascaris como um organismo 'indicador'.The degree of sterilization obtained with the process of the present invention was also determined. This determination was made by taking samples of the treated and untreated wastewater sediments and testing them for verification of the eggs of the intestinal nematodes Ascaris lumbricoides which are extremely durable and resistant. If these eggs are present in the wastewater sediments and are extruded by the treatment process, it is concluded that other human pathogens that are less resistant and that may also be present, such as parasites, viruses and bacteria, will also be inactivated. In this way, Ascaris can be considered as an 'indicator' organism.
Fez-se o isolamento de ovos de Ascaris utilizando o filtro Helmíntico (South African Medicai Journal, 1972, 46:1344 -1346), e os métodos modificados de concentração formaldeído/éter e de sulfato de zinco (Journal of Clinicai Pathology, 1970 23:345-546; Laboratory Methods em 'Colour Atlas of Intestinal Parasites', pp 9-21, publicado em 1971 por Charles C Thomas, Illinois, USA; Water Research, 1974, 8:851-853). De um modo essencial, os ovos de amostras de sedimentos tratados de acordo com o processo da presente invenção, isto é, ovos tratados por pasteurização dos designados sedimentos activados ('ovos ASP') e ovos de controlo obtidos em amostras não tratadas dos mesmos sedimentos ('ovos não tratados') foram incubados em formalina a 1% (para inibir a multiplicação bacteriana) à temperatura de 30°C durante 18 dias ou mais. Os ovos foram depois exa minados para se verificar se tinha havido desenvolvimento larvar no seu interior, e se fosse caso disso, para se verificar se as larvas eram ou não viáveis. Para se determinar se o ovo de Ascaris pode substir, fez-se o seu exame para se determinar se no seu interior existia ou não uma larva móvel. Isto implicou um exame prolongado utilizando um microscópio e com aplicação de estilulação se necessário. Todavia, conforme se pode verificar no Quadro 2 a seguir apresentado, não houve desenvolvimento de larvas nos ovos ASP expostos às condições de proces12Ascaris eggs were isolated using the Helminth filter (South African Medical Journal, 1972, 46: 1344-1346), and modified formaldehyde / ether and zinc sulfate concentration methods (Journal of Clinicai Pathology, 1970 23 : 345-546; Laboratory Methods in 'Color Atlas of Intestinal Parasites', pp 9-21, published in 1971 by Charles C Thomas, Illinois, USA; Water Research, 1974, 8: 851-853). Essentially, eggs from sediment samples treated according to the process of the present invention, that is, eggs treated by pasteurization of the so-called activated sediments ('ASP eggs') and control eggs obtained from untreated samples of the same sediments. ('untreated eggs') were incubated in 1% formalin (to inhibit bacterial multiplication) at 30 ° C for 18 days or more. The eggs were then harvested to check whether there had been larval development inside, and if necessary, to check whether the larvae were viable or not. To determine whether the Ascaris egg can be substituted, it was examined to determine whether or not there was a mobile larva inside. This implied a prolonged examination using a microscope and with the application of styling if necessary. However, as can be seen in Table 2 below, there was no development of larvae in ASP eggs exposed to process conditions12
sarnento do processo da presente invenção, fazendo-se a comparação com os ovos não tratados.itchy of the process of the present invention, comparing with untreated eggs.
Quadro 2Table 2
Amostra % de sólidosSample% of solids
Ovos em lg peso húmidoEggs in wet weight lg
Viabilidade percentual NotasPercentage viability Notes
AlAl
9.19.1
BIBI
9.39.3
0* % obtidos em 2 experiências de testes de viabilidade .0 *% obtained in 2 feasibility testing experiments.
0* % obtidos em 2 experiências de testes de viabilidade .0 *% obtained in 2 feasibility testing experiments.
Cl (Controlo) 2.8Cl (Control) 2.8
Dl (Controlo) 3.5DL (Control) 3.5
E (Controlo) 3.3E (Control) 3.3
2 experiências proporcionaram 85% e 90%2 experiences provided 85% and 90%
2 experiências proporcionaram 85% e 90%2 experiences provided 85% and 90%
Contagem de viabilidade feita em 200 ovosViability count made on 200 eggs
9.89.8
Contagem de viabilidade feita em 300 ovosViability count made on 300 eggs
Hl(Controlo)Hl (Control)
H2H2
H3H3
H4(l)H4 (l)
H4(2)H4 (2)
9.59.5
2.62.6
18.018.0
19.619.6
7.07.0
8.08.0
Contagem de viabilidade feita em 300 ovos **Utilizados 213 ovos para determinação da viabilidade **Utilizados 203 ovos para determinação da viabilidadeViability count made on 300 eggs ** 213 eggs used to determine viability ** 203 eggs used to determine viability
0*** Utilizados 400 ovos para determinação da viabilidade0 *** 400 eggs used to determine viability
0*** Utilizados 322 ovos para determinação da viabilidade0 *** 322 eggs used to determine viability
0*** Utilizados 100 ovos cara determinação da viabilidade0 *** 100 eggs used for determining viability
- 13 LEGENDA- 13 SUBTITLE
(i) Determinou-se a % de sólidos utilizando 100 g de amostra a 100°C durante 24 horas, no sentido de a secar. Para os estudos de viabilidade, fez-se a lavagem de aproximadamente entre 100 e 150 g de exem piares utilizando o filtro Helmíntico que foi preparado localmente. O material obtido deste modo foi incubado em formalina a 1% (para inibir a multiplicação bacteriana) à temperatura de 30°C durante 18 dias. Após a incubação fez-se a recuperação dos ovos de Ascaris por flutuação centrífuga. Depois fez-se o exame dos ovos para se verificar se tinha havido desenvolvimento larvar no seu interior; a seguir determinou-se a viabilidade percentual.(i) The% solids were determined using 100 g of sample at 100 ° C for 24 hours, in order to dry it. For feasibility studies, approximately 100 to 150 g of samples were washed using the Helminth filter that was prepared locally. The material obtained in this way was incubated in 1% formalin (to inhibit bacterial multiplication) at 30 ° C for 18 days. After incubation, Ascaris eggs were recovered by centrifugal flotation. Then the eggs were examined to see if there had been any larval development inside; then the percentage viability was determined.
(ii) * 95-98% dos ovos observados nas amostras Al e Bl apresentaram evidente danificação mecânica antes da incubação; não ocorreu desenvolvimento nos ovos restantes após incubação para os estudos de viabilidade .(ii) * 95-98% of eggs observed in samples Al and Bl showed evident mechanical damage before incubation; there was no development in the remaining eggs after incubation for feasibility studies.
(iii) ** Foram observadas larvas móveis.(iii) ** Mobile larvae were observed.
(iv) Não houve qualquer desenvolvimento em todos os ovos examinados.(iv) There was no development in all the eggs examined.
A partir do Quadro 2 pode concluir-se consequentemente que todos os ovos de Ascaris foram aniquilados pelo processo da presente invenção.From Table 2, it can therefore be concluded that all Ascaris eggs were annihilated by the process of the present invention.
Deste modo, o inventor admite que com o processo da presente invenção, são ultrapassadas as desvantagens associadas aos processos conhecidos para o tratamento de sedimentos de água residuais, tais como os problemas de produzir economicamente sedimentos totalmente esterilizados adequados para utilização directa como fertilizantes, em particular um fertilizante com o qual não sejam facilmente excedidas as quantidades permitidas de elementos tóxicos potenciais.In this way, the inventor admits that with the process of the present invention, the disadvantages associated with known processes for the treatment of waste water sediments, such as the problems of economically producing fully sterilized sediments suitable for direct use as fertilizers, in particular, are overcome. a fertilizer with which the permitted amounts of potential toxic elements are not easily exceeded.
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